【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 =、全壓達(dá)到H=3100Pa、效率在以上，以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，二級(jí)普通軸流的條件下，設(shè)計(jì)所需風(fēng)機(jī)。一般的礦用軸流式風(fēng)機(jī)主要?dú)鈩?dòng)部件有葉輪，前導(dǎo)葉，中導(dǎo)葉，后導(dǎo)葉，外殼，集流器，疏流罩以及出口處的擴(kuò)散器組成軸流通風(fēng)機(jī)采用如圖23所示。葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，決定著風(fēng)機(jī)性能的主要因素是風(fēng)機(jī)翼型，葉輪外徑，外徑對(duì)輪轂直徑的比值和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機(jī)的翼型有對(duì)稱翼型，CLARKY翼型，LS翼型和RAF6E等。葉輪外徑和風(fēng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定圓周速度，直接影響到風(fēng)機(jī)全壓。輪轂比與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)。一般說來,輪轂比大時(shí),軸向速度Ca增大，葉片數(shù)目z和葉片相對(duì)寬度b/l(b為弦長(zhǎng)，l為葉展)也相應(yīng)增大,風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之。輪轂比小,，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機(jī)全壓。通常，可在10～45176。范圍內(nèi)調(diào)整。圖23 風(fēng)機(jī)方案簡(jiǎn)圖1軸；2殼體；3中導(dǎo)輪；4后導(dǎo)輪；5擴(kuò)散器；6葉片；7葉輪；8集流器；9流線體現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，只考慮葉輪前加前置導(dǎo)葉、葉輪后加后置導(dǎo)葉、葉輪前后均加導(dǎo)葉以及兩級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)這四種形式。 軸流式通風(fēng)機(jī)幾種方案1葉輪，2前導(dǎo)葉，3后導(dǎo)葉 葉輪前加前置導(dǎo)葉如圖21a 所示，這種方案的通風(fēng)機(jī)中，氣流在前置導(dǎo)葉中加速并扭轉(zhuǎn)方向，使進(jìn)氣產(chǎn)生旋繞。在通風(fēng)機(jī)中大多數(shù)采用的是負(fù)旋繞（即c1u0）,如圖22a 所示，這樣出口氣流的絕對(duì)速度方向?yàn)檩S向，以便將氣體能直接輸入管道。這種級(jí)的特點(diǎn)是壓力系數(shù)高，反應(yīng)度Ω1，一般Ω=～。這種級(jí)的效率η=～。其常用于要求體積盡可能小的場(chǎng)合。 葉輪后置后導(dǎo)葉如圖21b 所示這種方案在軸流通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用最廣，氣體軸向進(jìn)入葉輪，從葉輪流出的氣體絕對(duì)速度尚有一定的旋轉(zhuǎn)，如圖22b 所示，經(jīng)過后導(dǎo)葉擴(kuò)壓整流后，使氣體軸向流出。其反應(yīng)度Ω＜1，一般為Ω=～。這種級(jí)主要應(yīng)用于壓頭較高的通風(fēng)機(jī)，而效率也較高．可達(dá)到η=～，設(shè)計(jì)制造良好的甚。 兩種形式通風(fēng)機(jī)的速度三角形葉輪前后均設(shè)置導(dǎo)葉如圖21c 所示，此方案前導(dǎo)葉使氣流在葉輪進(jìn)口產(chǎn)生旋繞，后導(dǎo)葉使葉輪出口氣流整流后排出。這種方案其實(shí)是第一、二種方案的綜合，其性能也是介于兩者之間。其布置往往使葉輪進(jìn)出口氣流的絕對(duì)速度大小相等，而旋轉(zhuǎn)方向相反，故而反應(yīng)度Ω=1，這種風(fēng)機(jī)的效率η=～。 兩級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)如圖21d 所示該方案一般是一個(gè)葉輪和一個(gè)導(dǎo)葉組成一級(jí)，也可以在第一級(jí)前設(shè)置導(dǎo)葉。在某些情況下，為了使風(fēng)壓較高，而徑向尺寸較小，也可以采用兩個(gè)葉輪中間加一個(gè)導(dǎo)葉的方法，這可以看作兩極軸流式通風(fēng)機(jī)的改造形式?？傮w來說兩級(jí)風(fēng)機(jī)效率較高，其中每一級(jí)葉輪單獨(dú)工作時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)壓之和都低于兩級(jí)葉輪同時(shí)工作時(shí)風(fēng)壓的一半，這樣通風(fēng)機(jī)的壽命較高。本設(shè)計(jì)，在通風(fēng)機(jī)方案選擇過程中，主要是對(duì)以上四種形式進(jìn)行考慮，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面進(jìn)行取舍。圖23表示了兩種通風(fēng)機(jī)級(jí)的特性對(duì)比。壓力系數(shù)、流量系數(shù)及功率系數(shù)的特性對(duì)比?？傮w上來說，這四種方案各有特點(diǎn)，其適用范圍也在一定程度上有重疊。由于軸流是通風(fēng)機(jī)具體結(jié)構(gòu)方案的選擇問題比較復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，一般情況下需要根據(jù)制造廠現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的具體情況，參照相似條件下已有的典型產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上予以改進(jìn)。 兩種通風(fēng)機(jī)特性比較1設(shè)置前導(dǎo)葉，2設(shè)置后導(dǎo)葉在進(jìn)行方案選擇的時(shí)候，也可以大致參考風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)ns或壓力系數(shù)進(jìn)行。其方法大體如下：當(dāng)=～= （115～180）時(shí)，可以采用葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)；當(dāng)=～（80～115）時(shí)，可以采用前導(dǎo)葉加葉輪加后導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu) 。通過查閱相關(guān)技術(shù)資料，參照與該設(shè)計(jì)所給條件相似的已經(jīng)投入生產(chǎn)和使用的我國(guó)現(xiàn)有的典型軸流式風(fēng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)形式，綜合以上所述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，最終決定采用動(dòng)葉可調(diào)式兩級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)。軸流式風(fēng)機(jī)其他基本結(jié)構(gòu)，如集流器、流線體、擴(kuò)散器等都予以保留，并且按照國(guó)家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加以設(shè)計(jì)。采用這種方案，相比于其他幾種形式，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：兩級(jí)軸流式通風(fēng)機(jī)的形式，可以使每一級(jí)葉輪所承受的風(fēng)壓低于整個(gè)風(fēng)機(jī)全壓的一半，改善了葉輪的工作條件，這就大大提高了整個(gè)風(fēng)機(jī)的壽命，并且效率較高，對(duì)于礦用產(chǎn)品而言，可以顯著的降低總體成本；采用動(dòng)葉可調(diào)的形式，能夠改變?nèi)~片的安裝角，這就使該風(fēng)機(jī)可以根據(jù)礦井的具體情況，調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，使通風(fēng)機(jī)的適應(yīng)范圍更廣；采用電動(dòng)機(jī)與葉輪直接聯(lián)接的形式，相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)形式，可以使通風(fēng)機(jī)的整體穩(wěn)定型更好，安裝更方便。同時(shí)降低了裝置的局部阻力，能夠避免了傳動(dòng)裝置損壞事故，消除了傳動(dòng)裝置的能量損耗，在另一個(gè)方面上提高了風(fēng)機(jī)裝置效率。中導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉后在多級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)葉輪級(jí)后設(shè)置。它的作用是將前級(jí)葉輪的流出氣流方向，轉(zhuǎn)為軸向流入后級(jí)葉輪。后導(dǎo)葉的作用是將最后一級(jí)葉輪的出流方向轉(zhuǎn)為接近軸向流出。剩余的旋繞速度使氣流不僅沿軸向，而且是沿螺線方向在擴(kuò)散器中流動(dòng)，有利于改善擴(kuò)散器的工作。(集流器和整流罩)集流器是強(qiáng)力風(fēng)機(jī)上的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是用2mm厚的A3鋼板，通過剪板、焊接、翻邊制成。 由于其直徑較大，板厚較薄，在翻邊時(shí)容易起皺和出現(xiàn)裂紋，這是不允許的。 以前生產(chǎn)廠家做了一付工裝，焊成喇叭口，將圓弧部分在工裝上用手工一點(diǎn)一點(diǎn)敲成的。作用是使氣流順利地進(jìn)入風(fēng)機(jī)的環(huán)行入口信道，并在葉輪入口處,形成均勻的速度場(chǎng)。目前，礦用通風(fēng)機(jī)集流器型線為圓弧形，疏流罩的型面為球面或橢球。軸流通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口動(dòng)壓在全壓中所占的比例比離心通風(fēng)機(jī)大的多，這是因?yàn)檩S流風(fēng)機(jī)工作時(shí)，通風(fēng)機(jī)級(jí)的出口氣流軸向速度相當(dāng)大，與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)壓約占通風(fēng)機(jī)全壓的。為了減少軸流風(fēng)機(jī)出口流速，提高靜壓，同時(shí)由于井下的空氣潮濕有毒,所以作為擴(kuò)散器口消聲器的吸聲材料應(yīng)具有防潮，防腐和阻燃性質(zhì)。此外由于通風(fēng)機(jī)的出口處安裝擴(kuò)散器還可以顯著降低通風(fēng)機(jī)的排氣噪音。一般由錐形筒芯和筒殼組成,裝在風(fēng)機(jī)出口側(cè)。風(fēng)機(jī)外殼呈圓筒形,重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。通常 ～。軸是傳遞機(jī)械能的重要零件,原動(dòng)機(jī)的扭矩通過它傳給葉輪。軸是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的主要零件，軸上裝有葉輪、軸套、軸承等零件。軸靠?jī)啥溯S承支承，在通風(fēng)機(jī)中作高速回轉(zhuǎn)，因而軸要承載能力大、耐磨、耐腐蝕。軸的材料一般選用碳素鋼或合金鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。目前軸流通風(fēng)機(jī)多由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。對(duì)于異步電機(jī)，起轉(zhuǎn)速可選為580、7960、1450、及2950r/min。軸流通風(fēng)機(jī)提高轉(zhuǎn)速可以減少葉輪直徑及機(jī)器尺寸，并有利于提高通風(fēng)機(jī)的效率。但是轉(zhuǎn)速的提高也受到一定的限制。如果提高轉(zhuǎn)速使通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速增加，有可能得不到合理的通風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)，而且增加了圓周速度，從而使通風(fēng)機(jī)噪音增加。風(fēng)機(jī)本設(shè)計(jì)中，考慮到交流電在礦井應(yīng)用比較廣泛，故采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式，預(yù)選轉(zhuǎn)速分別n=1450r/min和n=2950r/min。在二級(jí)軸流風(fēng)機(jī)中，常用的級(jí)型式有R+R（葉輪級(jí)+葉輪級(jí)）的對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)、R+S+R+S級(jí)（葉輪級(jí)+中導(dǎo)流級(jí)+葉輪級(jí)+后導(dǎo)流級(jí)）、以及P+R+S+R+S(前導(dǎo)流級(jí)+葉輪級(jí)+中導(dǎo)流級(jí)+葉輪級(jí)+后導(dǎo)流級(jí))?？紤]到掘進(jìn)段工作空間相對(duì)狹小，所以本設(shè)計(jì)采用R+S+R+S級(jí)，可以減少風(fēng)機(jī)的軸向尺寸。風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比是決定各級(jí)葉輪和導(dǎo)葉的主要參數(shù)之一?？紤]到如果采用風(fēng)壓比為1：1，那么只需要單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以降低所設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)成本，還可以減小風(fēng)機(jī)的體積，有利于在相對(duì)狹小的掘進(jìn)工作面使用。 的選擇計(jì)算圓周速度是軸流通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一。實(shí)踐表明，提高軸流通風(fēng)機(jī)的圓周速度，可以提高風(fēng)機(jī)的全壓。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，葉輪葉頂圓周速度=m/s比較合適。但是圓周速度的提高，風(fēng)機(jī)的噪音也將隨之提高，因?yàn)橥L(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的噪音與成正比，而渦流噪音與成正比。葉輪直徑是軸流通風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小直接影響通風(fēng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)。常用的一種方法是根據(jù)大量試驗(yàn)研究現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)資料。人們發(fā)現(xiàn)葉輪直徑與全壓、流量、及轉(zhuǎn)速之間存在一定的關(guān)系，即與通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)速存在一定的關(guān)系。分別計(jì)算各種預(yù)選方案中通風(fēng)機(jī)的計(jì)算比轉(zhuǎn)數(shù)，由比轉(zhuǎn)數(shù)查得對(duì)應(yīng)軸流風(fēng)機(jī)的全壓系數(shù)及全壓效率。初步計(jì)算出不同方案通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑Ｄ，然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，在求出其葉頂圓周速度。具體計(jì)算結(jié)果列與表21。由表計(jì)算結(jié)果看出，當(dāng)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min，=77,一般當(dāng)≤100時(shí),優(yōu)先采用離心風(fēng)機(jī)，所以不能滿足要求。所以選擇轉(zhuǎn)速n=2950r/min，可以滿足要求。表21 不同方案的計(jì)算結(jié)果n/(r/min)14502950備注/Pa1550155077157級(jí)型式R+S+R+SR+S+R+S—由級(jí)型式的范圍—計(jì)算D/m—圓整D/m—按文獻(xiàn)[12]/（m/s）—按下式計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率為kW kW式中─電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)，對(duì)于軸流風(fēng)機(jī)，一般。P=~。所以根據(jù)計(jì)算功率和風(fēng)機(jī)使用環(huán)境的要求，選擇電機(jī)型號(hào)YB200L12,其機(jī)構(gòu)如圖24所示YB20L12隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)：額定功率=30kW滿載時(shí)\額定電流=滿載時(shí)\額定轉(zhuǎn)速=2950r/min滿載時(shí)\效率=90%滿載時(shí)\功率因數(shù)\cosφ=堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=堵轉(zhuǎn)電流/額定電流=7A最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=重量=290kg圖24 YB200L12電機(jī)示意圖3 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算葉輪是通風(fēng)最主要的部件，其主要作用是把原動(dòng)機(jī)的能量傳遞給流體。葉輪常用鑄鋁合金、鋼板焊接或其他材料制成。葉片的空氣動(dòng)力計(jì)算，是在滿足流量和全壓的條件下，為獲得高效率低噪音而進(jìn)行的葉片集合尺寸的計(jì)算。為此，把整個(gè)葉片分成若干個(gè)計(jì)算截面，然后通過計(jì)算得出個(gè)基元截面所采用翼型的葉片寬度及安裝角。根據(jù)上述參數(shù)，引入如下幾個(gè)無量綱系數(shù)及其關(guān)系表達(dá)式。（1） 流量系數(shù)：＝=流量系數(shù)代表不同型號(hào)風(fēng)機(jī)在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風(fēng)量的相對(duì)值。（2） 壓力系數(shù)：壓力系數(shù)代表不同型號(hào)風(fēng)機(jī)在相同葉輪直徑和相同轉(zhuǎn)速下風(fēng)壓的相對(duì)值。（3） 直徑系數(shù)： 直徑系數(shù)代表不同型號(hào)風(fēng)機(jī)在相同風(fēng)量和相同風(fēng)壓下葉輪直徑的相對(duì)值。（4） 轉(zhuǎn)速系數(shù)：轉(zhuǎn)速系數(shù)代表不同型號(hào)風(fēng)機(jī)在相同風(fēng)量和相同風(fēng)壓下轉(zhuǎn)速的相對(duì)值。（5） 直徑系數(shù)、轉(zhuǎn)速系數(shù)與壓力系數(shù)、流量系數(shù)的關(guān)系流量系數(shù)、壓力系數(shù)、直徑系數(shù)和轉(zhuǎn)速系數(shù)這四個(gè)無量綱系數(shù)由以上的式子可得：可見，上述四個(gè)無量綱系數(shù)的最佳結(jié)合就成為每?jī)蓚€(gè)最佳無量綱系數(shù)、或、之間的排列問題。若已知最佳的、可以方便的計(jì)算一臺(tái)一定風(fēng)量風(fēng)壓的通風(fēng)機(jī)的最佳葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速。由以上公式可得最佳直徑和最佳轉(zhuǎn)速的表達(dá)式 在軸流式通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，通常是在給定風(fēng)量和風(fēng)壓的情況下求最佳的葉輪直徑和最佳轉(zhuǎn)速，所以，無量綱系數(shù)對(duì)葉輪的最佳設(shè)計(jì)具有重要的意思。二級(jí)軸流風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓比為1：1，所以第一級(jí)葉輪和第二級(jí)葉輪參數(shù)相同。故不需要分別計(jì)算。以第一級(jí)葉輪計(jì)算為例，設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：流量系數(shù)：＝＝＝全壓系數(shù)：===輪轂比的計(jì)算公式為=式中：為輪轂直徑，為外徑。輪轂比是一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)于風(fēng)機(jī)的全壓、流量和效率都有影響由文獻(xiàn){}可推導(dǎo)出：由上式可以看出，輪轂比和全壓成正比，與成反比。當(dāng)風(fēng)機(jī)生壓或壓力系數(shù)較高時(shí)，應(yīng)取較大的，但是過大，葉片過短，流速損失大，效率降低，使風(fēng)機(jī)性能惡化，當(dāng)較大時(shí)，可以選較小一些的。太小，葉片過長(zhǎng)，會(huì)引起葉片根部氣流發(fā)生分離。輪轂比由文獻(xiàn)[13] ，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)=157時(shí)，可選用=。按表31, 可見，當(dāng)=，=~，取=。由此得到葉輪輪轂直徑為：d=D==表31 不同全壓系數(shù)時(shí)所推薦采用的輪轂比≤02.~＞~~~為了判斷葉輪葉片根部和后導(dǎo)流器根部是否會(huì)發(fā)生氣流分離，應(yīng)驗(yàn)算是否所取的輪轂比＞；求得通風(fēng)機(jī)的軸向速度為：==m/s= 則得到通風(fēng)機(jī)的無因次軸向速度為：= /=由表21的計(jì)算結(jié)果得到通風(fēng)機(jī)的全壓效率=，則通風(fēng)機(jī)的理論全壓系數(shù)為：=最佳計(jì)算參數(shù)，由文獻(xiàn)[13] ，查得=。根據(jù)表32，可以計(jì)算出二級(jí)R+S+R+S級(jí)型式通風(fēng)機(jī)葉輪的計(jì)算函數(shù)為：表32 不同通風(fēng)機(jī)級(jí)型式的與計(jì)算公式級(jí)型式函數(shù)RR+SP+RP+R+S；可以計(jì)算葉輪的最小允許輪轂比為：=1/=1/=由于所決定的輪轂比=＞，所以在葉輪葉片根部不會(huì)產(chǎn)生氣流分離。對(duì)于導(dǎo)流器，可計(jì)算函數(shù)為：==可以得到導(dǎo)流器的最小允許輪轂比為：由于所決定的輪轂比=＞，所以在后導(dǎo)流器葉片根部也不會(huì)產(chǎn)生氣流分離。1. 確定計(jì)算截面將整個(gè)葉片分成5個(gè)計(jì)算截面，其中相對(duì)平均半徑為2. 各計(jì)算截面葉片環(huán)的氣流參數(shù)和空氣動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)計(jì)算葉片各參數(shù)計(jì)算結(jié)果列于33。從表中可以看出，所以按孤立翼型設(shè)計(jì)是合適的。表33 葉輪氣流參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算表項(xiàng)目及公式單位計(jì)算截面?zhèn)渥?2345mD=m為葉輪半徑m/sn=2950r/minm/s等環(huán)量設(shè)計(jì)時(shí)沿程葉高為